一種碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于橡膠復合材料制備領域，具體涉及一種碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料是一種碳纖維增強的改性酚醛橡膠基復合材料，是發動機所用的抗沖刷層材料。通常采用雙輥橡膠煉膠機進行制備，由于煉膠機的剪切作用，碳纖維被切斷后，其抗沖刷性能下降，隨著技術的發展，要求該材料具有更佳的耐沖刷性能以及可生產性，材料尺寸的精度需要進一步的提高。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料及其制備方法，以達到耐沖刷性能和可生產性優越的目的。
[0004]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料，由按質量百分數計的以下成分制成:碳纖維50-55%，酚醛18-25%、丁腈橡膠22.5-30%，其中碳纖維采用瑋編針織工藝，編織后呈雙反面組織，該材料的密度為1.38g/
3
cm ο
[0005]材料厚度為l-4mm。
[0006]所述的碳纖維為53%。
[0007]上述材料的制備方法，具體步驟為:
1)根據公式h=m/(aXbX P Xn)及材料的尺寸需要計算出碳纖維的理論重量Iii1，其中a:材料長度，b:材料寬度，h:材料厚度，m:碳纖維質量，P:材料密度，即為1.38g/cm3，η:碳纖維質量百分數；
2)根據步驟I)計算的碳纖維的理論重量Hi1，及碳纖維股數、規格，對其進行編織得到編織物；
3)對編織物稱重m2，根據其重量!112與理論值mi的差異，對浸膠用的酚醛和丁腈橡膠量進行調整，確保材料的密度符合要求；
4)將所述編織物裝入浸膠模，按配比稱取酚醛和丁腈橡膠，用溶劑溶解后澆入浸膠模，進行真空浸膠，余壓小于5mmHg，浸膠時間為4_6h，然后干燥去除溶劑，得到預制件。
[0008]所用的溶劑為丙酮，在浸膠完成之后通過干燥進行去除；可通過鼓風、加熱或者晾置10-24h的措施進行干燥；采用鼓風措施時，鼓風時間為l_2h ;采用加熱措施時，加熱溫度為 500C _60°C，時間為 l-2ho
[0009]將4)浸膠步驟得到的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料加入到預制模進行成型，并在預制模內放置橡膠氣囊，橡膠氣囊充氣至0.5-0.8MPa，加溫壓制，溫度為60-80 °C，加壓加溫時間為2-4h ;最后降溫降壓后取出得到整體預制成型的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料。
[0010]成型過程中，橡膠氣囊在常溫下完成充氣，然后對待成型的預制件進行壓制0.5-lh，再進行升溫。
[0011]該材料采用碳纖維編織工藝，將編織物作為增強骨架，碳纖維結構完整，可大幅度提高其耐沖刷性能；碳纖維編織采用瑋編針織工藝，編織物呈雙反面組織結構，材料具備較尚的延展性能。
[0012]材料在固化前呈疏松狀態，其中包含體積份數約50%的空氣，因此材料的原始厚度與固化成型后的厚度存在較大的差距，且材料表面呈現碳纖維編織物有序的高低起伏形態，無法通過測量的方法實現對厚度的控制。厚度測量(射線照相或渦流測厚)只能在材料成型后才能進行，厚度不滿足要求的產品只能報廢處理，造成了巨大的經濟損失。
根據計算公式，可以確定不同規格材料所對應的碳纖維編織物的重量值。編織物完成后，根據重量實測值，微調膠料的重量范圍，可以準確控制材料的厚度偏差。采取真空成型方法，可徹底消除殘留空氣所占的空間，從而進一步降低的材料厚度偏差。橡膠氣囊應在常溫下完成充氣，并冷壓0.5-lh，后再行升溫，可以避免膠料在橡膠氣囊壓強平衡過程中的流動，導致各部位的組分偏差。
[0013]該材料有lmm、2mm、3mm、4mm等四種厚度規格，本發明應用前，其厚度的偏差范圍較大，分別達到了 ±0.2mm、±0.3mm、±0.3mm、±0.5mm。若抗沖刷層的厚度范圍為1_18mm，最大層數為8層，抗沖刷層型面的厚度誤差因公差累計的原因最大達到了 4mm以上，一般要求的最大偏薄量為1mm。本發明技術應用后，四種規格的材料產品厚度偏差均控制在±0.05mm以內，確保了質量，其耐沖刷性能大幅度提高，其燒蝕率從0.12mm/s下降到0.0lmm/s 以下。
[0014]本發明目前已在20余個發動機產品中得到應用，未出現質量問題，且產品質量穩定性顯著提高，消除了產品個體差異，杜絕了因產品質量問題造成的返工和報廢。
【具體實施方式】
[0015]以下結合實施例來進一步說明本發明，但本發明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
[0016]實施例1:
某預制成型產品要求厚度h為I mm，長為a，寬為b。
[0017]其材料及其制備步驟如下:
按質量百分比計的預計以下:碳纖維50%，酚醛和丁腈橡膠合計50% (酚醛25%，丁腈橡膠25%)，其中該材料的密度為1.38g/cm3。
[0018]I)根據公式h=m/ (aXbX P Xn)及材料的尺寸需要計算出碳纖維的理論重量m1;
2)根據步驟I)計算的碳纖維的理論重量Hi1，及碳纖維股數、規格，對其進行編織，采用瑋編針織工藝，編織后呈雙反面組織，得到編織物；
3)對編織物稱重HI2，得到其重量HI2大于mi，減少浸膠用的酚醛和丁腈橡膠量，確保材料的密度符合要求；
4)將所述編織物裝入浸膠模，按配比稱取酚醛和丁腈橡膠，用溶劑溶解后澆入浸膠模，進行真空浸膠，余壓小于5mmHg，浸膠時間為4h，然后，晾置1h去除溶劑，得到碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料。
[0019]5)浸膠步驟得到的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料加入到預制模進行成型，并在預制模內放置橡膠氣囊，橡膠氣囊充氣至0.5MPa，對待成型的預制件進行壓制0.5h，再進行升溫，加溫壓制，溫度為60°C，加壓加溫時間為2h ;最后降溫降壓后取出得到整體預制成型的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料。
[0020]該材料產品厚度偏差均控制在±0.05mm以內，確保了產品質量，其耐沖刷性能大幅度提高，其燒蝕率為0.01mm/s?
[0021]實施例2:
某預制成型產品要求厚度h為2 mm，長為a，寬為b。
[0022]其材料及其制備步驟如下:
按質量百分比計的預計以下:碳纖維53%，酚醛和丁腈橡膠合計47% (酚醛18%，丁腈橡膠29%)，其中該材料的密度為1.38g/cm3。
[0023]I)根據公式h=m/ (aXbX P Xn)及材料的尺寸需要計算出碳纖維的理論重量m1;
2)根據步驟I)計算的碳纖維的理論重量Hi1，及碳纖維股數、規格，對其進行編織，采用瑋編針織工藝，編織后呈雙反面組織，得到編織物；
3)對編織物稱重m2，得到其重量m2大于mi，減少浸膠用的酚醛和丁腈橡膠量，確保材料的密度符合要求；
4)將所述編織物裝入浸膠模，按配比稱取酚醛和丁腈橡膠，用溶劑溶解后澆入浸膠模，進行真空浸膠，余壓小于5mmHg，浸膠時間為6h，然后，晾置24h去除溶劑，得到碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料。
[0024]5)浸膠步驟得到的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料加入到預制模進行成型，并在預制模內放置橡膠氣囊，橡膠氣囊充氣至0.8MPa，對待成型的預制件進行壓制lh，再進行升溫，加溫壓制，溫度為80°C，加壓加溫時間為4h ;最后降溫降壓后取出得到整體預制成型的碳纖維/酚醛-丁腈橡膠材料。
[0025]該材料產品厚度偏差均控制在±0.05mm以內，確保了產品質量，其耐沖刷性能大幅度提高，其燒蝕率為0.007mm/s?
[0026]實施例3:
某預制成型產品